The neuron–astrocyte metabolic unit as a cornerstone of brain energy metabolism in health and disease

Investigadores: Juan P. Bolaños, Pierre J. Magistretti

Este artículo de revisión narrativa se centra en la unidad metabólica neurona-astroglía como un pilar fundamental del metabolismo energético cerebral, tanto en la salud como en la enfermedad. Las investigaciones recientes han profundizado en el conocimiento de la interconexión metabólica dinámica y altamente regulada entre los tipos de células cerebrales, especialmente entre las neuronas y los astrocitos. Estas células operan como una unidad metabólicamente acoplada, optimizada para satisfacer las demandas energéticas de la neurotransmisión y, al mismo tiempo, asegurar la neuroprotección. Estudios seminales de imagen funcional (PET) revelaron que los astrocitos, a diferencia de las neuronas, tienen una alta capacidad glucolítica y metabolizan preferentemente la glucosa a lactato. El hallazgo clave fue que los astrocitos responden al glutamato (el principal neurotransmisor excitatorio) aumentando la captación de glucosa y liberando lactato, involucrándose en la glicólisis aeróbica. De ahí surge, la hipótesis del transbordador de lactato astrocito-neurona. Dicha hipótesis postula que el lactato liberado por los astrocitos es captado por las neuronas para alimentar la fosforilación oxidativa, proporcionando así la energía necesaria para sostener la neurotransmisión. A pesar de que la glucosa es el precursor metabólico principal para la función cerebral, es escasamente utilizada por las neuronas a través de la glicólisis. Esto se debe a la constante degradación de la enzima proglicolítica clave PFKFB3 en las neuronas (que es altamente estable en los astrocitos). La baja glicólisis permite que la glucosa sea utilizada por la vía de las pentosas fosfato (PPP), una ruta central de protección antioxidante, proporcionando equivalentes reductores necesarios para la eliminación de especies reactivas de oxígeno (ROS). Los astrocitos tienen un sistema de glioxalasa muy activo para desintoxicar el metilglioxal (un subproducto tóxico de la glicólisis), una función para la que las neuronas no están equipadas. Esta dependencia mutua establece la base de la unidad metabólica funcional. Los astrocitos están equipados con maquinaria para la oxidación de ácidos grasos (β-oxidación), que produce cuerpos cetónicos (como el β-hidroxibutirato) que pueden ser liberados y utilizados por las neuronas como fuente de energía, especialmente durante el ayuno. Además, existe un transbordador de lípidos neurona-astroglía, donde las neuronas exportan lípidos oxidados a los astrocitos para su catabolismo, proporcionando neuroprotección contra el estrés oxidativo. Los astrocitos también controlan el metabolismo de la serina, sintetizando L-serina que se transforma en D-serina, un co-agonista crucial de los receptores N-metil-D-aspartato (NMDAR), modulando la plasticidad sináptica. Las alteraciones en el metabolismo energético cerebral se han documentado en numerosas enfermedades neurodegenerativas.

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